太阳能苜蓿干燥装置设计方案毕业论文.doc

目录目录 1 引言 1 1 1 本研究的目的及意义 1 1 2 国内外牧草干燥技术发展概况 2 1 2 1 牧草干燥方法简介 2 1 2 2 国外研究现状 4 1 2 3 国内研究现状 5 1 3 主要研究内容 6 2 太阳能牧草干燥概述 7 2 1 牧草资源及市场概述 7 2 2 我国的能源环境概述 7 2 3 太阳能干燥及其特点 8 2 4 太阳能干燥国内外技术现状 8 2 5 太阳能干燥的优势 9 2 5 1 太阳能干燥与自然干燥相比具有以下优势 9 2 5 2 太阳能干燥与采用常规能源的干燥装置相比具有以下优势 10 3 干燥基本理论 11 3 1 太阳能干燥装置的物料衡算 11 3 2 太阳能干燥装置的热能衡算 12 4 干燥装置的设计 13 4 1 太阳能干燥器的基本类型 13 4 2 太阳能干燥装置方案选择 14 4 3 太阳能空气集热器的设计 14 4 3 1 三种空气集热器的比较研究 15 4 3 2 集热器所用材料 17 4 3 3 太阳能集热器的安装方式 17 4 4 太阳能空气集热器与热风炉串联集成设计 18 4 5 控制系统的设计 19 4 6 换热系统的设计 19 4 6 1 换热装置的构造组成 19 4 6 2 载料车的构造组成 20 4 7 烘干工艺流程 21 5 结论 22 参考文献 23 致谢 25 山西农业大学工程技术学院毕业论文 1 太阳能苜蓿干燥装置设计方案太阳能苜蓿干燥装置设计方案 1 1 引言引言 太阳能苜蓿干燥装置的设计方案主要考虑大农户的使用 它的设计思想基 于连续烘干作业 不受天气和夜间的影响 采用此方法的最大好处是白天利用 太阳能产生热风 晚上用热风炉加热 二者相互配合 取长补短 可大大缩短烘 干周期 烘干室地面铺设轨道 料盘架用小车推入 内墙壁采用保温隔热层 安 装太阳能空气集热器时选择最佳的位置接受阳光的辐射 集热装置的集气管与 热风炉进气孔接通 使太阳能采气系统和热风炉加热系统结合起来 太阳能空 气集热器直接吸收太阳辐射能 空气则由于温室效应而被加热 干燥室内安装 轴流风机 使空气在干燥室中不断循环 并使其上下穿透物料层 使物料表面 增加与热空气接触的机会 在混合型太阳能干燥装置内 装有干湿球温度传感 器控制进风和排风 白天可根据天气情况随时启动热风炉补充加热 夜晚主要 用热风炉提供热风 1 1 本研究的目的及意义 苜蓿是世界上栽培最早 面积最广 最重要的饲草原料之一 不仅产草量 高 草质优良 而且富含蛋白质 多种维生素和矿物质 其干物质中粗蛋白质 含量为15 25 相当于豆饼的一半 比玉米高1一1 5倍 有 牧草之王 的美 称 同时种植牧草 还可改土肥田 提高粮食单产 全世界苜蓿种植面积达5亿 亩 但由于苜蓿为豆科牧草 含有较多的胶体物质和较少的碳水化合物而不易 青贮 收割的苜蓿必须及时干燥 否则就会发霉变质甚至腐烂 致使动物无法 食用 青干草是草产品流通的主要形式 同时也是发展绿色畜牧业的重要的蛋 白质资源 目前 己开发的牧草产品有草粉 草颗粒 草块 草饼 草捆 叶 块 叶粒和浓缩叶蛋白等 牧草产品在国际 国内均具有非常广阔的市场 亚 洲已成为世界上最大的苜蓿产品进口市场 年总需求量240一255万吨 其中 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 2 紫花苜蓿是生产量和销售量最大的牧草产品 在美国已成为仅次于小麦 玉米 和水稻的第四大农作物 成为美国农业的支柱产业 苜蓿草产品国际市场售价 为200 230美元 吨 优质草粉高达300美元 吨 国内苜蓿产品售价多在1100一 1400元 吨 优质产品达1600一1800元 吨 我国出口的粗蛋白含量为15 的草粉 价值1200元 吨 蛋白质含量增加1 售价增加100元 黄浩平 2001 我国是蛋白质饲料资源短缺的国家 同时对牧草产品需求量较大 据有关 专家分析和国外的生产实践 在各类畜禽的饲喂标准中 牧草产品在牛羊饲料 中可占到60 猪饲料中可占到10 一15 鸡饲料中可占到3 一5 可用于配合 饲料的牧草产品市场前景广阔 另一方面 我国适宜冷季放牧的草地仅占全年 放牧草地的24 3 还有75 以上地区的牧畜冬季缺草 同时 适于收割调制干 草储备过冬的草地只占全国草地面积的25 而且70 以上分布在东部和南部湿 润地区 这种地区间和季节性的不平衡将会推动我国牧草产品的发展和流通 中国畜牧业九五计划和2010年远景规划 指出 突出发展草食型 节粮型畜 牧业 已成为当前和今后一段时间内农业结构调整的当务之急 随着我国农业 实施粮一经一饲 3 1 l 三元结构调整 苜蓿将成为发展可持续农业的首选饲料 作物 发展优质豆科草粉将成为开发蛋白质饲料资源的一项新技术产业 近几年我国苜蓿草的种植发展很快 目前已有10多个省大面积种植 但由 于受气候条件的限制 除西北等少雨地区 苜蓿靠自然晾晒外 其它地区苜蓿 主要收获季节均在雨季 现蓄期和初花期收割的青绿牧草含水量在70 一85 之 间 而安全贮存标准需将其水分降到14 以下 因为没有烘干设备 收获后的苜 蓿大多变质 腐烂 失去其饲用价值和商业价值 造成农牧民丰产不丰收 极 大地挫伤了农牧民种草的积极性 卢英林2002 1 2 国内外牧草干燥技术发展概况 1 2 1牧草干燥方法简介 牧草的干燥方法主要有自然干燥法 人工干燥法 化学干燥法等 自然干 燥法是先将苜蓿收割后就地摊晒 待植株体内的水分下降到45 左右时堆晒 在 自然干燥过程中 由于豆科牧草苜蓿含有较多胶体物质和较少碳水化合物 分 散失水速度较慢 且茎杆较叶片的干燥时间长 当苜蓿叶干燥到含水率15 一20 时 山西农业大学工程技术学院毕业论文 3 苜蓿茎的水分含量是35 40 在晒制过程中 因叶片先于茎秆干燥而造成脱 落 使苜蓿干草的蛋白质 胡萝卜素 叶绿素 含量急剧减少 从而失去应 c V 有的饲喂价值和商业价值 韩建国 1998 李鸿翔 1999 另外 在光照时间短 光照强度低 潮湿多雨的地方 很难只利用阳光来晒制干草而必须结合利用草 堆的发酵产热降低水分来共同完成牧草干燥过程 发酵干燥法就是将收获后的牧 草先进行摊晾 使其水分降低到50 左右草堆集成3米一5米高的草垛逐层压实 垛的表层可以用土或薄膜覆盖 使草垛发热在二三天内 使垛温达到60 一 70 随后在晴天时开垛晾晒 将草干燥 当遇到连阴雨天时 可以保持温度 不过分升高的前提下 而发酵更长的时间 此法晒制的干草养物质损失较大 韩 建国 1998 人工干操法干燥牧草 主要有三种形式 1 常温通风干燥 是先建干燥库房 设置大功率鼓风机 地面安置通风 管道 需干燥的牧草 经收割压扁后 堆在通风管道上 开动鼓风机完成干燥 此法占地面积大 效率低 2 低温烘干法 是先建造牧燥室 空气预热锅炉 设置鼓风机和牧草传 送设备 用煤或电作能量将空气加热到90 150 鼓入干操室 利用热气流经 数小时完成干操 3 高温快速干操法 主要用来生产粉 利用高温气流 温度500一1000 以上 将切碎的青草 长约25mm 在数分钟甚数秒钟内使水分降至14 15 再 由粉碎机粉碎成粉状或直接压制成干草块 整个过程由恒温器和电子仪器控制 采用高温快速干操法调制的干草粉可保存幼嫩青草和绿饲料养分的90 95 在一公斤干草粉内含有120g一200g粗蛋白 200g一400g胡萝卜素和低于240g的 粗纤维 干草粉的特点是营养完善而品质高 含有生物价值完善的蛋白质 丰 富的胡萝卜素 叶黄素 维生素E和维生素K 可作为维生素 蛋白质的补充料 使也是猪 禽 幼牛等配合饲料必不可少的组成部分 另一特点是压制成颗粒 状或饼状容易保存 便于运输 商品性强 但此干燥法的干燥成本较高一般不 易被接收 化学干操是指将苜蓿收割后喷洒化学药剂加速干燥 干澡剂改变了牧草角 质层结构或溶解了角质层 促进水分的散失 缩短了田间自然干燥的时间 降 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 4 低营养物质的损失 自然干操法不需要特殊的设备 成本低 但易受自然气候条件的制约 而 且劳度大 效率低 干燥过程持续时间长 营养物质损失较大 收获后压扁苜 蓿茎秆是常用的机械加速干澡的方法 苜蓿茎经过压裂后干操所需干燥时间与 未压裂的同类相比 前者仅为后者的l 2一l 3 韩建国 1998 化学干燥剂的 使用可以显著地提高速度 有效的减少营养物质的损失 但其干操原理及干燥 剂的组配还有待进一究 目前 国外普遍采用人工高温快速干燥法千操牧草 这种方法可以克服自然对天气状况的依赖 并减少微生物 生理生化过程 雨 淋和枝条折断等因素对干草质量的影响 但人工干燥法的成本高 我国牧草人 工干燥研究起步较晚 有关牧草干参数及工艺研究甚少 1 2 2国外研究现状 国外关于牧草人工干燥和化学干燥的研究较早 美国1910年在路易斯安那 州建立了第一个用脱水苜蓿生产草粉的企业 当时所用的干燥机为垂直安装有 七个传送带的传送型 由鼓风炉送进90 一120 的热风 1926年在路易斯安那 州农业试验站设计出了介质温度为800 的第一台滚筒式干燥机 热效率为 59 1929年在这种型号的基础上又设计出了滚筒直径1 85m 长12 5m 功率 15 5kw 生产能力为12O0kg h千苜蓿的干燥机 前苏联于1928一1930年开始牧 草烘干实验 1933研制成功并在生产上应用的CTII一0 1型风动式 筒式 干燥机 生产能力1OO kg h干草 包括将草粉压制成块状饲料 目前 俄罗斯应用ABM机 组 每小时生产草粉1 6一1 8吨 荷兰用AS一25型草粉加工机组 该设备生产 能力为1250kg h 工艺流程与俄罗斯ABM型机组相仿 B J Hong 1987 研究表 明 电镜下压扁茎秆最明显的效果就是将木质化和非木质化的细胞分开 压扁 使茎秆分成许多部分 从而增加茎秆表面积 减弱了保持水分的能力 从而提 高了干操速度 Harris等人研究了化学干燥的机理及化学药剂的使用 Harris 等认为苜蓿收割后水分散失的主要障碍为茎叶表面的角质层及蜡质 以有机溶 剂溶解茎叶表面的蜡质后 破坏了蜡质层的结构 改变蜡粒的排列方式 从而 加速了水分的散失 长链脂肪酸甲醋结合于蜡质表面 促进了水分在蜡质表面 的运输 从而促进了水分的散失 加快了苜蓿的干燥速度 Meredith等研究了 碱金属碳酸盐溶液及钾盐对加快苜蓿干燥速度的研究中发现 碱金属的碳酸盐如 山西农业大学工程技术学院毕业论文 5 Li CO Na CO K CO 均可加快 苜蓿干燥速度 而钾盐溶液 KCl 232323 K CO KHS0 KOH K S0 中较为有效地是KOH和K CO 并且确定K CO 的 234242323 浓度为0 16M eghart等在化学药剂对加快苜蓿干燥的研究中选用十六碳和十八 碳脂肪酸甲酯与X一77表面活化剂作为处理 发现长链脂肪酸甲酯与X一77表面 活化剂的混合液的效果较好 但以2 的长链脂肪酸甲酯 1 一77 0 2M K CO 的 23 干燥效果最好 1 2 3国内研究现状 国内由于受到牧草种植面积 经济效益等多方面的影响 对自然干燥法加 快牧草脱水途径研究较多 化学干燥也有报道 张秀芬等研究了压扁苜蓿茎秆 对加快干燥速度的影响 发现压扁苜蓿茎秆可以加快其干燥速度 并且压扁苜 蓿茎秆后 苜蓿茎 叶干燥速度趋于一致 减少了叶及幼嫩部分的损失 张秀芬 1997 高彩靛 1997 王钦指出 自然干燥法中压扁干燥的紫花苜蓿比普通干 燥的牧草干物质损失减少2一3倍 碳水化合物损失减少2一3倍 粗蛋白质损失 减少3一5倍 但在阴雨天 茎秆压扁的牧草营养物质易被淋失 从而产生不良效 果 王钦1995 孙京魁研究了薄层摊晒法 小捆晒制法 搭架晒制法不同晒制 方法处理的苜蓿青干草中粗蛋白和粗纤维含量 结果表明 搭架晒制苜蓿青干 草 可有效地防止叶片和花蕾脱落 从而保存了叶片中所含粗蛋白 钙 磷及 多种微量元素和维生素 搭架晒干的粗蛋白显著 P 0 05 高于小捆晒制和薄层 摊晒 粗蛋白分别提高了0 82 和1 91 粗纤维显著降低 p 0 05 降低率分别 为0 91 和1 61 孙京魁 2000 将田间收割后晒至含水率45 左右的苜蓿移 入棚内鼓风晾干或控温干燥 干草的品质与适口性则更为理想 干草晒至一定 程度 就需打捆 高彩霞研究结果表明在不同含水量 从30 降到8 的条件下打 捆 随着含水量的降低 茎叶比显著增加 p 0 01 叶片损失率增大 茎叶比 与打捆前干物质含量呈一元非线性相关 高彩俊 1997 张秀芬等研究了1 5 碳酸钾 0 5 磷酸二氢钾 1 0 碳酸氢钠 碳酸钙及0 5 吲哚乙酸对苜蓿干燥 速度的影响 结果表明K CO 和NaHCO 的干燥效果较好 K CO 处理可以减少苜 23323 蓿营养的损失 但以干燥速度 粗蛋白含量 叶量损失 胡萝卜素含量综合评 定各药剂的效果以NaHCO 的效果最好 吲哚乙酸次之 第三为CaCO 和我 33 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 6 K CO 五种药剂中效果最差 张秀芬 1987 王钦对紫花苜蓿和禾本 2342PO KH 科牧草用O 2M K CO 进行干操处理 结果显示2 浓度的K CO 为最适浓度 干 2323 燥时间紫花苜蓿需72小时 禾本科牧草为48小时 我国人工干燥进行草粉生产 起步较晚 多数地区采用自然干燥法干燥牧草 然后用锤片式粉碎机加工草粉 由于饲草的形状和物理机械性能不同 再加上牧草干燥不充分 水分含量较高 所以用其加工饲草时 生产率低 耗能高 劳动条件差 很不经济 且在干燥 过程中 叶片及嫩枝脱落 其营养损失远远大于重量损失 结果是所生产的草 粉粗蛋白的含量低 而粗纤维的含量较高 严重影响草粉的质量 1974一1987 年 东北 北京 广东等省都先后从荷兰 日本 法国等国引进人工快速高温 干燥设备 开始了人工干燥豆科牧草草粉的生产 这些设备产量较高 时产 1250一1750kg h 草粉质量好 但设备昂贵 每台50一120万美元 能耗大 不 适应国内草粉生产需要 1989年 中国船舶公司713所研制的93QH一300型牧草快 速 高温烘干加工机组 贵州农业大学研制的弧一100型牧草烘干机组 北京市 奥贝尔实业有限公司绿色植物研究所 北京农业大学农牧结合课题组联合研制 的格林王一2101型分体式绿色饲料小型加工机组以及沈阳远大科技实业有限公 司生产的苜蓿草干操成套设备等填补了我国没有牧草高温干燥机的空白 但设 备成本仍然较商 可以说 我国采用人工高温干操法加工草粉的研究和生产正 在进行之中 而有关牧草的千操工艺研究目前未见详细报道 本研究从低温干操 入手 探讨苜蓿薄层干操特性 进而为高温干燥机设计及工艺参数选择提供参 考 1 3 主要研究内容 基于传统露天自然干燥方法的诸多弊端 效率低 周期长 占地面积大 易受 阵雨和梅雨等气候条件的影响 也易受风沙 灰尘 苍蝇和虫蚁等的污染 难 以保证被干燥农副产品品质的现状 太阳能干燥的重要性在世界范围内日益明 显 特别是在某些日照充分的地域 利用丰富的 可更新的和干净的太阳能堪 称一本万利 此太阳能苜蓿干燥装置采用混合型方案 由最新研制的太阳能空 气集热器 隧道式烘干窑和热风炉组成 这种干燥装置利用太阳能空气集热器 把太阳的光辐射能转换成热能把空气加热到60 70 然后通过串联在系统 山西农业大学工程技术学院毕业论文 7 上的热风炉把热风通入干燥窑 再由通风机吹入干燥装置内 通过热空气与牧 草接触 在冷热空气对流方式下进行热交换 已达到干燥的目的 设计过程主 要测算太阳能集热器的热效率 干燥装置干燥过程中的耗热量 排湿量 通过 计算进而从空气太阳能集热器的选型 集热器材料的选择 集热器集热板面积 数量的选择 进而确定干燥装置的容积 2 2 太阳能牧草干燥概述太阳能牧草干燥概述 2 1 牧草资源及市场概述 我国有草地近60亿亩 为耕地面积的4倍 占国土面积的40 左右其中 人 工改良草场已超过8000万亩 饲草资源十分丰富但是由于种草的绝大部分地区 是交通不便 经济不很发达 技术也较落后的农村山区和牧区 饲草资源的开 发与利用受到制约为提高饲草的利用价值和经价值 归结起来主要的有两条途 径一是发展草地畜牧业 就地转化二是将牧草进行加工 变成商品 做为饲料 资源和原料来开发二者相辅相成 互为依托 互为补充草粉生产是实现牧草商 品化的一种方式这已为国外的经验所肯定和证明在对国外草粉生产设备进行分 析后 结合我国种草地区的经济 能源 交通 科技 生产和使用条件 我国 自制的牧草烘干机应满足以下条件以太阳能为热源 我国不可能象国外那样 以石油产品为燃料 以高达900 以上的燃气为干操介质为适应我国农村的经济 体制和使用条件 机组不宜太大 生产能力也不宜要求过高机组结构应尽可能 地简单 使用操作和维护保养应尽量简便 无调整或少调整机组工作可靠安全 运行成本低 机组生产应有一定效益 2 2 我国的能源环境概述 随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高 对能源的需求日益 增大 年增长率约为5 我国自然资源总量排世界第七 能源资源总量居世界 第三位 但由于人口众多 人均占有量仅为世界平均水平的50 据测算 目前 我国已探明的煤炭可采储量为1145亿吨 剩余己探明石油储量为24亿吨 据估 算 到2010年 中国主要矿产资源中有40 多不能满足经济发展要求 到2020年 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 8 只有不足15 的品种尚可满足社会发展需求 燃烧一吨煤平均排放CO 490kg 灰尘 13 6 kg SO 14 8kg 而SO 是形成酸雨的主要成分 1997年以来 我 22 国酸性废气排放居世界第二位 全国酸雨污染面积达国土面积的30 以上 在全 球空气污染最严重的10个城市中 中国占7个 自1992年联合国召开全球环境与 发展大会后 我国政府在 提高能源利用效率 改善能源结构 的条款中明确 提出 因地制宜地开发 利用和推广太阳能 风能 地热能 潮汐能和生物能等 清洁能源技术 2 3 太阳能干燥及其特点 1 太阳能干燥是以太阳能代替常规能源来加热干燥介质 最常用的是空 气 的干燥过程 通过热空气与湿物料接触并把热量传递给湿物料 使其水分汽 化并被带走 从而实现物料的干燥 我国太阳能干燥总采光面积己达1 5万平方 米左右 主要用来干燥牧草 谷物 水果 肉制品 木材 中药 皮革 化肥 染料等 均取得了较好的社会及经济效益 一般牧草 农副产品的干燥 要求 干燥温度较低 大约在40一70 之间 这正好与太阳能热利用领域中的低温利 用相匹配 2 太阳能干燥的特点 太阳能干燥与常规能源干燥方式相比既有优势也 有不足 优势体现在 节煤省电 据估算 干燥一吨农副产品 要消耗一吨以 上原煤 若是烟叶则需耗煤2 5吨 太阳能与常规能源联合供热的干燥装置 一 般可节能20 30 以上 投资少 运行费用低 回收期短 一个设计合理的 太阳能干燥系统具有显著的经济效益 清洁安全 太阳能干燥系统利用的是 太阳能 节约了常规能源 减少了环境污染 干燥所得物料不受外界条件影响 也很清洁 不足之处是太阳能干燥对气象条件依赖性大 可控性差 不稳定 问题通常是采用辅助能源或是增加储热设备 致谢致谢 本课题太阳能苜蓿干燥装置设计方案是在导师郭玉明教授和李红波老师悉 心指导下完成的 导师在课题的选题 结构的设计以及论文的编写都给于了精 心指导和帮助 导师严谨求实的治学态度 谦和质朴的风范 以及对科学执著 山西农业大学工程技术学院毕业论文 9 追求的敬业精神 将对我以后的工作产生积极的影响 在此 谨向我的导师表 示衷心的感谢 再有要感谢一起学习生活的同学们 与他们的一次次交流使我得以不断进 步和提高 我能够专心学习 顺利完成学业 与我的父母的培养 鼓励和支持是分不 开的 在此向他们表示最诚挚的感谢 感谢文中所引用文献的所有作者们 再次感谢所有关心 支持和帮助过我 的老师 同学和朋友们 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 10 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别 加以标注和致谢的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过 的研究成果 也不包含我为获得 及其它教育机构的学位 或学历而使用过的材料 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人 或集体 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论 文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和 电子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并 提供目录检索与阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其 它复制手段保存论文 在不以赢利为目的前提下 学校可以公布论 文的部分或全部内容 作者签名 日 期 山西农业大学工程技术学院毕业论文 11 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 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